國網(wǎng)葫蘆島市郊區(qū)供電分公司 劉海權(quán)

基于BQ24296單芯鋰電池充放電管理系統(tǒng)設計

國網(wǎng)葫蘆島市郊區(qū)供電分公司 劉海權(quán)

隨著科技的進步，便攜式移動終端應用越來越多，大部分移動終端均使用鋰電池進行供電。本文使用TI公司單芯鋰電池管理芯片BQ24296設計了一個智能充放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以防止電芯過沖，過放，短路，過流等充電過程中的經(jīng)常遇到的棘手問題。該系統(tǒng)還可以通過編程改變BQ24296內(nèi)部寄存器狀態(tài)，讓用戶按照自己的需求自己通過I2C總線配置相關(guān)參數(shù)，這樣就大大增加了系統(tǒng)應用的彈性。本文對后續(xù)電源管理的設計與實現(xiàn)有一定的指導意義。

BQ24296；充放電管理；參數(shù)可編程

1 引言

圖2-1 BQ4296封裝引腳圖

2 bq24296功能及特性

2.1 器件封裝

bq24296采用24引腳4x4 mm2超薄VQFN封裝，如圖2-1所示。

2.2 部分引腳功能描述

VBUS-充電器輸入接口

PSEL-電源輸入選擇端，高電平時選擇USB電源，低電平時選擇適配器電源

STA-開漏充電狀態(tài)輸出引腳，用來指示充電器的運行狀態(tài)。

SCL-IIC接口時鐘引腳

SDA-IIC接口數(shù)據(jù)引腳

INT-開漏中斷輸出，用來向主控發(fā)送充電器狀態(tài)和故障信息。

在配合物1中，位于1691,1602和1414cm-1的強吸收峰被指認為配體oba的vas(COO)和vs(COO)，表明羧基氧原子與釤離子配位[19]。3200 到3600 cm-1 的較寬吸收峰歸屬于O-H的特征振動峰[20]。上述分析結(jié)果與晶體結(jié)構(gòu)相吻合。

CE-充電使能引腳，充電時必須拉低。

ILIM-用來設置最大輸入電流。

TS-溫度采集引腳，用來采集電芯的溫度。

QON-可懸空，已經(jīng)不用。

BAT-接電池正端。

SYS-向系統(tǒng)供電端

PGND-電源地。

SW-開關(guān)節(jié)點連接外部電感。

BTST-經(jīng)0.047uF電容連接到SW

REGN-經(jīng)4.7uF電容連接到電源地。

PMID-經(jīng)8.2uF電容連接到電源地。

2.3 工作原理

BQ24296典型應用電路如圖2-2所示。

2.3.1 BQ24296充電管理

BQ24296芯片內(nèi)部電路由VBUS以及BAT供電。芯片上電后，I2C接口電路準備就緒，所有內(nèi)部寄存器復位到默認值，主控可以獲取所有寄存器的值。當一個直流適配器接入，芯片檢測輸入源的電壓，并打開相應轉(zhuǎn)換電路，并在真正進行充電之前檢測輸入電流。使用該芯片對一節(jié)鋰電池進行充電時，最大電流可達到3A，其內(nèi)部24mΩBATFET內(nèi)阻提高了充電效率，減小了放電時候的壓降。系統(tǒng)上電后，在沒有主控干預的情況下，BQ24296可以自己完成整個充電過程。充電過程采用的默認參數(shù)如下：充電電壓4.208V；充電電流2.048V，預充電電流256mA；終止充電電流256mA。

電源路徑管理將系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)為稍稍高于電池電壓，但是又不會下降到低于3.5V最小系統(tǒng)電壓（可編程）。借助于這個特性，即使在電池電量完全耗盡或者電池被拆除時，系統(tǒng)也能保持運行。當達到輸入源電流或電壓限值時，電源路徑管理自動將充電電流減少為零，然后開始對電池放電，直到滿足系統(tǒng)的電源需求。這個充電模式操作可保證輸入源不會過載。

圖3-1 BQ24296充放電管理電路原理圖

圖2-2 BQ24296典型應用電路

圖2-3 充電過程電壓電流隨時間變化

2.3.2 充電過程

此器件在主機控制不可用時開始且完成一個充電周期。它分三個階段對電池進行自動充電：預調(diào)節(jié)、恒定電流和恒定電壓。在充電周期的末尾，當充電電流低于在恒定電壓階段中預設定的限值時，充電器自動終止。之后，當電池電壓下降到低于再充電閾值時，充電器將自動啟動另外一個充電周期。如圖2-3所示。

2.3.3 充電狀態(tài)指示

STAT引腳電平狀態(tài)作為充電狀態(tài)的指示，如圖2-2所示，處于正常充電狀態(tài)是，發(fā)光二極管亮，充電完成時發(fā)光二極管滅，當充電過程出現(xiàn)輸入過壓，溫度過高，輸入或者系統(tǒng)過壓等故障情況時，發(fā)光二極管以1Hz頻率閃爍。在一些應用中，主控不會一直監(jiān)視充電狀態(tài)，這時可以利用芯片的INT引腳，充電故障時，INT引腳發(fā)送一個長為256us的高脈沖，來通知主控來讀取存放在芯片內(nèi)部的故障原因。

3 應用實例

根據(jù)BQ24296芯片的特點，以及項目需求。我們設計了一套單芯18650電池充放電電路給嵌入式系統(tǒng)供電。如圖3-1所示當適配器接入時，系統(tǒng)從適配器取電，適配器不接入時，系統(tǒng)有單芯鋰電池供電。該電路可以平穩(wěn)地給嵌入式系統(tǒng)供電，可以有效防止出現(xiàn)過沖過放過流高溫等故障情況。

4 結(jié)束語

本文系統(tǒng)介紹了BQ24296芯片的使用方法，并根據(jù)BQ24296的功能和特點設計出一個完整的充放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以給單芯鋰電池很好地進行充放電管理?？梢詰迷谇度胧诫娫垂芾眍I域。單芯鋰離子電池比如18650電池，或聚合物鋰電池應用非常廣泛，管理鋰電池的芯片也相當多，不過他們的用法都很類似，本文所述可以為鋰電池充放電電路設計者提供有意義的參考。

[1]王秀榮,黃偉志.基于BQ24703的智能電池充放電系統(tǒng)[J].儀器儀表用戶雜志,20071(14).

[2]http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sluuaq1/sluuaq1.pdf.BQ24296用戶手冊.

[3]趙晶,吳貴臣,馮平等.基于 BQ24032 的鋰電池充電管理電路設計[J].中國儀器儀表,2007(7).

[4]Y.Xing,E.W.M.Ma,K.L.Tsui,and M.Pecht,”Battery Management Systems in Electric and Hybird Vehicles”Energies,vol 4, no.12,pp.1840-1857,Oct.2011

劉海權(quán)（1966—），男，遼寧葫蘆島人，主要從事電力技術(shù)及節(jié)能方面的研究。